(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に書き込む方法であって、
固定式の光学画像装置を用いて、中継される画像情報を形成することと、
前記固定式の光学画像装置と前記被加工物の表面との間において、少なくとも一つの回転アームの光学系に沿って前記画像情報を中継することと、
前記被加工物の表面を横切って、湾曲ストライプを繰り返し掃引して、連結された部分画像から形成された連続画像を書き込むことと、
それぞれの部分画像のグリッドを決定することと、
前記部分画像を連結するために、コンピュータによる計算を用いて画像フィールドの変位量を補償することによって、共通基準グリッドと前記部分画像のグリッドとの間において変換することとを備える方法。
【請求項２】
前記部分画像は重なり合い、前記部分画像を連結するために、画像処理によりその個々のグリッドと共通基準グリッドとの間においてそれぞれの部分画像のグリッドは変換される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学画像装置と前記表面との間において、ほぼ一定の方位角配向で、パターン情報を中継することをさらに備え、前記被加工物上の設定画像の中継される画像が前記光学アームの５度の掃引で分割される際に、前記光学画像装置における設定画像が前記中継される画像に対して、角度関係において０．５度以下の回転変動で、一定の角度関係を維持する場合、前記中継される画像情報の方位角配向はほぼ一定である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光学画像装置と前記表面との間において、ほぼ一定の方位角配向で、パターン情報を中継することをさらに備え、前記被加工物上の設定画像の中継される画像が前記光学アームの４５度の掃引で分割される際に、前記光学画像装置における設定画像が、前記中継される画像に対して、角度関係において０．５度以下の回転変動で、一定の角度関係を維持する場合、前記中継される画像情報の方位角配向はほぼ一定である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記画像情報を中継することは、
前記固定式の光学画像装置に結合され、かつ前記回転アームの回転軸線に、又は回転軸線の近傍に位置決めされた第一の光軸をトラバースすることと、
前記表面に結合され、かつ前記回転軸線から前記回転アームに沿って遠位側に位置決めされた第二の光軸をトラバースすることとをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一の光軸および前記第二の光軸は、約８度の範囲内で互いに対してほぼ平行であるか、逆平行である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第二の光軸は、前記回転軸線から、前記第一の光軸の少なくとも十倍、離間している請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の光軸および前記第二の光軸がほぼ平行である場合に、前記中継される画像情報の光学的類似性を維持することをさらに備える請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の光軸および前記第二の光軸がほぼ逆平行である場合に、前記中継される画像情報の光学的類似性を反転することをさらに備える請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記光学画像装置は、前記被加工物に中継される画像を形成する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記画像を形成する前記光学画像装置は、ＳＬＭ（空間光変調器）である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記画像を形成する前記光学画像装置は、書き込み用光線のアレイである請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記中継される画像情報は、パルス状の一連のスタンプで中継される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記中継される画像情報は、ほぼ連続的な掃引で中継される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
被加工物に書き込む光学式スキャン装置を備えるシステムであって、該光学式スキャン装置は、
ハブの周りを回転し、かつ回転軸線を有する少なくとも一つの光学アームと、
前記被加工物が配置され、かつ前記回転軸線に対して直交するステージと、
固定式の光学画像装置と、
前記固定式の光学画像装置と前記被加工物の表面との間にて、前記回転アームに沿って画像情報を中継するリレー光学系と、
前記表面の特定の部分にわたって前記回転アームが掃引する際に中継される前記画像情報に対応する部分画像から形成された連続画像を連結するように構成された画像処理器とを備え、
それぞれの部分画像のグリッドを決定するように構成されるとともに、前記部分画像を連結するために、コンピュータによる計算を用いて画像フィールドの変位量を補償することによって、共通基準グリッドと前記部分画像のグリッドとの間において前記部分画像を変換するように構成されるデータ経路をさらに備えるシステム。
【請求項１６】
前記リレー光学系は、前記光学画像装置と前記表面との間において、ほぼ一定の方位角配向で、パターン情報を中継し、前記被加工物上の設定画像の中継される画像が前記光学アームの５度の掃引で分割される際に、前記光学画像装置における設定画像が、前記中継される画像に対して、角度関係において０．５度以下の回転変動で、一定の角度関係を維持する場合、前記中継される画像情報の方位角配向はほぼ一定である請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記リレー光学系は、前記光学画像装置と前記表面との間において、ほぼ一定の方位角配向で、パターン情報を中継し、前記被加工物上の設定画像の中継される画像が前記光学アームの４５度の掃引で分割される際に、前記光学画像装置における設定画像が、前記中継される画像に対して、角度関係において０．５度以下の回転変動で、一定の角度関係を維持する場合、前記中継される画像情報の方位角配向はほぼ一定である請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記固定式の光学画像装置に結合され、かつ前記回転アームの回転軸線に、又は回転軸線の近傍に位置決めされた前記リレー光学系の第一の光軸と、
前記表面に結合され、かつ前記回転軸線から前記回転アームに沿って遠位側に位置決めされた前記リレー光学の第二の光軸とをさらに備える請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第一の光軸および前記第二の光軸は、約８度の範囲内で互いに対してほぼ平行、または逆平行である請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第二の光軸は、前記回転軸線から、前記第一の光軸の少なくとも十倍、離間している請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記リレー光学系は、前記第一の光軸および前記第二の光軸がほぼ平行である場合に、前記中継される画像情報の光学的類似性を維持する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記リレー光学系は、前記第一の光軸および前記第二の光軸がほぼ逆平行である場合に、前記中継される画像情報の光学的類似性を反転する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記画像を形成する前記光学画像装置は、ＳＬＭ（空間光変調器）、ＧＬＶ（グレーティングライトバルブ）、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）、及びＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のいずれか一つである請求項１８乃至２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記画像を形成する前記光学画像装置は、レーザダイオードアレイ及びＬＥＤアレイのいずれか一方である請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記画像を形成する前記光学画像装置は、書き込み用光線のアレイである請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記中継される画像情報は、パルス状の一連のスタンプで中継される請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記中継される画像情報は、ほぼ連続的な掃引で中継される請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示されている技術は、画像の読み取りおよび書き込みのために大型の平坦な基板のスキャンを行なうことに関する。例として、フラットパネルディスプレイ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、および光起電性パネルが挙げられる。読み取りおよび書き込みは、広義で理解され、読み取りは、大きな被加工物の顕微鏡検査、点検、計量法、分光法、干渉分光法、光波散乱計測法などを意味し、書き込みは、フォトレジストの露光、光加熱によるアニーリング、焼灼、または光線によって表面に任意の他の変化を発生させることを意味し得る。特に、従来の直線運動に従う代わりに、スキャンするときに被加工物上に円弧を描くような回転もしくは旋回アームを使用する技術が開示される。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来技術のスキャンシステムの一種を示している。平坦な被加工物１１０をステージ１２０上に配置し、被加工物を横切って書き込みまたは読み取りヘッド１３０でスキャンする。ステージ１２０は、ヘッド１３０が直交方向にスキャンすると、被加工物１１０を一方向に前進させる。最終レンズ１５０が、ヘッド１３０と被加工物１１０との間に配置される。他のシステムでは、固定状態の被加工物と、ｘ−ｙ軸などの直交する軸線に沿って移動するスキャンヘッドとを有する。さらに他のシステムは、固定状態のスキャンヘッドと、直交する軸線に沿って移動するステージとを有する。これらの構造の各々は、有効スキャン速度に影響を及ぼす固有の機械的特性を有する。
【０００３】
例えば、スキャンヘッドは、冷却水、ガス、またはＲＦケーブル１３２などの供給を必要とすることも多い。ケーブルおよび支持部材を屈曲させると、信頼性と性能の両方に影響が現れる場合がある。供給を受けるいくつかの読み取りおよび書き込みヘッドは、重いか、かさばるか、さもなければ高速移動に適していない。
【０００４】
ｘ−ｙステージの移動に依存するシステムは、典型的には、弛まないように非常に堅固で、外部振動による損失が比較的少ない大きな慣性を有する重いステージを備える。重いスキャンステージは、方向を変える際に、加速および停止のためにその質量に比例する力を必要とする。
【０００５】
書き込み時の問題は、ターゲット表面が広くなるほど、また薄く、変形しやすい材料から作られるほど大きくなる。ステージが広ければ、剛性を高める必要もある。変形しやすい材料は、一方の層から次の層へ、一つずつ、パターン操作を行なう必要がある。
【０００６】
したがって、スループットが改善された新たな高速スキャン構造を開発することが望ましい。高い性能を有し、比較的低コストのシステムが実現される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示されている技術は、画像の読み取りおよび書き込みのために、大型の平坦な基板のスキャンを行なうことに関係する。例として、フラットパネルディスプレイ、ＰＣＢ、および光起電性パネルが挙げられる。読み取りおよび書き込みは、広義で理解され、読み取りは、大きな被加工物の顕微鏡検査、点検、計量法、分光法、干渉分光法、光波散乱計測法などを意味し、書き込みは、フォトレジストの露光、光加熱によるアニーリング、焼灼、または光線によって表面に他の変化を発生させることを意味し得る。
【０００８】
本発明は、被加工物への書き込み（または読み取り）を行なうための方法および装置を実現し、該方法および装置は、固定式の光学画像装置、例えば、変調器（または検出器）を使用して中継される画像情報を形成（もしくは収集）し、その画像情報を固定式の光学画像装置と被加工物の表面との間において、少なくとも一つの回転アームに沿ってさらに中継することを含む。
【０００９】
特に、従来の直線運動に従う代わりに、スキャンするときに被加工物を横切って円弧を描くような回転もしくは旋回アームを使用する技術が開示される。本発明の一態様において、アームは、回転する円盤またはロータ内に半径方向に沿って配置され、ロータは複数のアーム、例えば、二、三、四、六、または八本のアームを有し、これにより、単位時間当たりにスキャンされる表面積を増大できる。
【００１０】
本発明の別の態様によると、重い、複雑な、壊れやすい機械部品、または高価であるか、多くの接続および供給を必要とする部品を、ロータの中心部もしくはハブの近傍に固定状態で配置し、複数のアームで共有することができる。
【００１１】
本発明のさらなる態様によると、ロータのハブの近傍に固定して配置されている画像装置と被加工物との間で放射状アームを通じて画像が中継され、ロータの回転時に、中継される画像は非回転であるか、または本質的に非回転である。
【００１２】
本発明の別の態様によると、ロータが回転する際に部分画像が作成され、それらの部分画像が連結されて一つの連続湾曲ストライプが形成される。本発明のさらに別の態様によると、部分画像の連結は、本質的に非回転であるビットマップで行われるが、ピクセルグリッドは画像から画像まで変位する。特許請求の範囲、明細書、および図面において、本発明の他の態様が説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】平行な帯状部によって平坦な被加工物を露光し、かつ往復スキャン動作を行なう従来のシステムを示す図。
【図２】図１と同一の被加工物が、固定式の書き込みヘッドおよび回転するスキャン光学系を用いた回転動作によって露光される例示的実施形態を示す図。
【図３】スキャン光学系に進入し、スキャン光学系から出る画像の配向が同一である例示的実施形態を示す図。
【図４】固定式画像装置が二次元である場合に連続スタンプの連結を示す図であり、代替的に、スタンプ動作の代わりに、掃引動作を用いて、固定式画像装置と被加工物の表面との間で情報を中継することもできることを示す図。
【図５】固定式画像装置が二次元である場合に連続スタンプの連結を示す図であり、代替的に、スタンプ動作の代わりに、掃引動作を用いて、固定式画像装置と被加工物の表面との間で情報を中継することもできることを示す図。
【図６】図３と同じ種類であるが、画像が１８０度回転するスキャン動作を示す図。
【図７】上列において、回転し、かつ等方拡大されている画像であり、非回転ピクセルマップとの互換性を備える画像を示し、下列において、互換性を備えていない反転画像の例を示す図。
【図８ａ】非回転ピクセルマップを提供するスキャン光学系を用いる例を示す図。
【図８ｂ】非回転ピクセルマップを提供するスキャン光学系を用いる例を示す図。
【図８ｃ】非回転ピクセルマップを提供するスキャン光学系を用いる例を示す図。
【図９】画像を回転させるためにドーブプリズムを備えた鏡システムを有する例示的なシステムであって、スキャン光学系から出力される際に画像が所望の配向になるように設定され得るシステムを示す図。
【図１０ａ】回転軸線上において、ハブの中心に投影される書き込みまたは読み取り装置を有する軸線上の書き込み又は読み取りシステムを示す図。
【図１０ｂ】回転軸線上において、ハブの中心に投影される書き込みまたは読み取り装置を有する軸線上の書き込み又は読み取りシステムを示す図。
【図１１】三本のアームと、ハブの両側で書き込まれる一対の被加工物とを有するスキャンシステムを示す図。
【図１２ａ】八本のアームを有する軸線外の実施形態を示す図であって、ハブ位置における回転プリズムが画像データを各アームに順次送り、各アームから受け取る様子を示す図。
【図１２ｂ】八本のアームを有する軸線外の実施形態を示す図であって、ハブ位置における回転プリズムが画像データを各アームに順次送り、各アームから受け取る様子を示す図。
【図１３ａ】軸線上のリレーアームを示す図。
【図１３ｂ】軸線外のリレーアームを示す図。
【図１４ａ】被加工物に対して直交する光軸を形成するための代替的方法を示す図。
【図１４ｂ】被加工物に対して直交する光軸を形成するための代替的方法を示す図。
【図１５】光学的構成に対し、錐体状鏡の後方にチューブレンズを導入する図。
【図１６ａ】画像の方位角配向を維持するための条件を示す図。
【図１６ｂ】画像の方位角配向を維持するための条件を示す図。
【図１６ｃ】画像の方位角配向を維持するための条件を示す図。
【図１７】内側のリレー脚を回転軸線に対して平行に維持することによって、中継される画像の回転を軽減するさらなる別の光学的構成を示す図。
【図１８】四角錘鏡を用いる例を示す図。
【図１９】三角錐鏡を用いる例を示す図。
【図２０】小型の対物レンズを用いる例を示す図。
【図２１】光線が入射瞳に集光され、かつテレセントリック対物レンズ系を通じて中継される設計例を示す図。
【図２２ａ】大型の錐体状鏡を光学系に用いる例を示す図。
【図２２ｂ】小型の錐体状鏡を光学系に用いる例を示す図。
【図２３】簡略化された光学系を示す図。
【図２４】可能な画像生成装置ＩＧ１〜８、及び例示的な画像検出器ＩＤとともに開示される技術の別の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、詳細に説明する。好適な実施形態は、本発明を説明するために記載され、特許請求の範囲によって定義される本発明の権利範囲を限定するものではない。当業者は、以下の説明に基づいて、種々の均等的変形が可能であることを理解するであろう。
【００１５】
本開示は、回転アーム式の印刷または視覚装置の実施形態を含み、該装置は、アームの一端にハブ、他端に光学系を備えたリレー光学系を有し、リレー光学系は被加工物の表面に画像情報を結合させる。ハブにおける光結合は、回転軸線上か、回転軸線外で行なわれる。
【００１６】
特定の実施形態において、本発明は、被加工物への書き込み（または被加工物からの読み取り）を行なうための方法および装置を提供し、該方法および装置は、固定光学画像装置を用いて、中継される画像情報を形成（もしくは収集）し、固定式の光学画像装置と被加工物の表面との間において、少なくとも一つの回転アームの光学系に沿って画像情報をさらに中継（リレー）する。被加工物の表面を横切って湾曲ストライプを繰り返し掃引することによって、被加工物上の部分画像を共に連結して、重なり合う部分画像によって連続画像が書き込まれる。
【００１７】
別の実施形態において、光学画像装置と被加工物の表面との間で中継されるパターン情報、例えば部分画像は、ほぼ一定の方位角配向で中継される。中継された画像が回転光学アームの５度を超える掃引によって分割される場合に、光学画像装置における設定画像が、被加工物上の設定画像の中継された画像に対して０．５度以内の回転変動の角度の関係で、一定の角度を維持する時に、中継画像情報の方位角配向は実質的に一定である。
【００１８】
印刷アームの掃引時に画像の方位角配向を維持することによって、被加工物の表面を表す連続ピクセルマップを生成することが可能になる。本発明の特定の態様において、連続する部分画像の間でピクセルグリッドが変位し、システムのデータ経路は、各フィールドの変位量を把握していなければならない。次に、被加工物への書き込み前、または被加工物からの読み取り時に、部分画像の連結を行なうために、データ経路内のコンピュータによる計算を使用してフィールドの変位量を補償することができ、例えば、変位量を補償するためにデータ内の特徴は移動されなければならない。
【００１９】
本発明の一態様によると、アームは、回転する円盤またはロータ内に半径方向に沿って配置でき、ロータが複数のアーム、例えば、二、三、四、六、または八本のアームを有し、これにより、単位時間当たりにスキャンされる表面積を増大させることができる。別の態様によると、重く、複雑で、壊れやすい機械部品、または高価であるか、もしくは多くの接続および保守を必要とする部品が、ロータの中心もしくはハブの近傍に固定して配置され、かつ複数のアームによって共有され得る。本発明のさらなる態様によると、ロータのハブの近傍に固定して配置されている画像装置と被加工物との間において、半径方向に沿ったアームを通じて画像が中継され、ロータが回転する際に、中継される画像が本質的に非回転となる。本発明の別の態様によると、ロータが回転する際に、部分画像が生成され、それらの部分画像が共に、一つの連続的な湾曲ストライプに連結される。本発明のさらに別の態様によると、部分画像の連結は、本質的に非回転であるビットマップで行われるが、ビットマップにおいて、ピクセルグリッドは画像から画像まで変位する。
【００２０】
被加工物への書き込み、または被加工物からの読み取りに使用できるため、リレー光学系を参照することによって、この技術が開示される。この技術は、例えば、大面積のマスクまたはＰＣＢに直接書き込むために有益である。または、大面積のマスクを点検するために使用することができる。この技術は、ステージなどの被加工物位置決め機構とともに使用されるが、被加工物位置決め機構の詳細は、本開示の権利範囲に含まれない。
【００２１】
この技術のいくつかの特に有用な応用例は、ウェハの前側及び後側、ＰＣＢ、ビルドアップおよびインターポーザ基板等の電子基板上、フレキシブル相互接続基板上、及びマスク、ステンシル、テンプレート並びに他の原版上にパターンを書き込むためのものである。同様に、ロータ・ライタは、ディスプレイ、電子ペーパ、プラスチック・ロジック（Ｐｌａｓｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ）のパネルのパターニング及び香気電力電池に用いられることができる。パターニングは、フォトレジストの露光によって行なうことができるが、熱もしくは光化学プロセス、例えば、溶融、蒸発、焼灼、熱融合、レーザ誘起パターン転写、アニーリング、熱分解、ならびに光誘起エッチング及び堆積などの光の他の作用を通して行われても良い。
【００２２】
本発明では、通例の直交座標系フラットベッド型ｘ−ｙステージを、極座標系スキャン移動に置き換える。主な利点は、スループットが高いこと、経済的であること、および機械的に簡素であることである。スキャン動作は回転運動によって行われ、回転運動は、直線運動に比べ、高い精度を実現することが機構的に容易である。ロータの周囲上の一つの点の位置決め精度は、ベアリングの品質と角度エンコーダの精度とによって決まり、この両方の部品は高品質で市販されている。第二の利点は、スキャン時、およびスキャンストロークの間の振動および過渡的な力を低減することにある。バランスのとれたロータは、本質的に支持構造物に振動及び反力のいずれも発生させないが、一方で、往復直線運動は各ストロークにて二回、そのモーメントを反転する必要があり、その際に強い外乱を発生する。第四の利点は、機械的なオーバーヘッドが少なく、スキャン速度がより速いことにある。複数のアームを有するロータの場合、各ストロークの小さな一部を放棄するだけでよく、例えば、四本のアームを有するロータは、８０度の円弧の区間をスキャンし、一回転の３６０度のうち、スキャンは４×８０＝３２０度で実行される。往復運動は、多くの機械的なオーバーヘッドを要し、オーバーヘッドは、スキャン速度の上昇に伴って増大する。
【００２３】
従来技術において、ドラム式スキャナおよびドラム式プロッタに回転運動が使用され、速いスキャン速度及び機械的オーバーヘッドの少なさに関して同じ利点を有する。しかし、ドラムに取り付けることができない基板、特に大きな基板に対しては、おそらく機械的な複雑さによって、回転式は用いられていない。本願出願人は、小さなフィールドを有する固定式の画像装置を、大型の平坦な被加工物にわたって高速でスキャンし、連続する画像に連結する実用的な方法を見出した。
【００２４】
上述のように、本開示によるシステムは、非常に高いデータ転送速度およびスループットを発揮するように構築され、これらの特性が有用である他の種類のパターニング、例えば、写真植字（Ｐｈｏｔｏ−ｓｅｔｔｉｎｇ）、印刷、彫刻、安全保障マークなどに使用され得る。ロータは、高回転速度、例えば、６０、１２０、３００、６００ｒｐｍ以上の回転速度で回転する場合にも、平滑に動き、小さな機械的オーバーヘッドを有する。スキャン速度は、ロータの周速度であり、相当する往復運動システムに比べて高く、例えば、２、４、８、２０ｍ／ｓ以上にすることができる。
【００２５】
可能なシステムの一例は、直径１メートルのロータであり、１秒間に３．３回転し、向求心加速度は２０ｇである。加速力は、回転する部品に一定の力を付与し、したがって、５０グラムの重さのレンズは１０Ｎの外向きの一定の力を受ける。四本のアームを備える場合、往復ステージでは完全に不可能な機械的速度の、周速度１０ｍ／ｓで、毎秒１３ストロークの書き込みがされる。さらに、ベアリングの適切なバランス及び設計により、運動は平滑となり、高い機械的精度を有し、ごく小さな動力を維持するだけでよい。画像生成器が、被加工物上に一次元の部分画像を形成するために２ＭＨｚのフレームレートが使用される微小機械一次元ＳＬＭである場合に、ＳＬＭのリロードは、スキャン方向に沿って５マイクロメートル毎に行われ、ピクセルサイズは、５×５マイクロメートルであり、これにより、１５マイクロメートル未満の線幅を書き込むことが可能である。微小機械ＳＬＭ、例えば、一次元ＳＬＭが約８０００×１ピクセルを有する場合、各ストロークは、幅４０ｍｍのストライプをパターンで埋め、非直線的なスキャンについては、いくらか減少して、毎秒０．３平方メートル、または毎分２０平方メートルをカバーする。これは、他の書き込み技術に比べて、非常に高いカバー率である。
【００２６】
本発明の重要な一態様は、本質的に非回転の画像を被加工物上に印刷するための回転光学系を導入する。本開示は、厳密に非回転の画像に対する条件も提供する。実用的な事例において、例えばロータのハブの近傍の物理的空間のために、これらの条件から僅かに逸脱することが適当である場合もある。本発明は、角度に僅かなずれがあっても作用するが、データ処理では補償されなければならない。これについては、以下でさらに説明する。
【００２７】
従って、本発明は、他の書き込み（または読み取り）技術に比べて、非常に高いカバー率で被加工物上にパターンの高速書き込み（または読み取り）を行なうための回転式スキャン構造を提供する。しかし、上述のように、本発明の回転式スキャン構造は、１５マイクロメートル未満の線幅の書き込みを可能とする。ｘ−ｙステージの移動に依存する最新の書き込み（または読み取り）システムは、典型的には、撓まないように非常に堅固であり、かつ大きな慣性を有する重いステージを備える。これらの重いステージは、方向を変えるときに加速および停止のために、ステージの質量に比例する力を必要とする。本発明は、高回転速度の場合にも平滑に移動し、かつ機械的オーバーヘッドが小さい回転式スキャン構造を導入することによって、最新のｘ−ｙステージシステムの重いステージ及び大きな慣性に関連する上述の問題も解消するような改善された性能を有する解決方法を提供する。
【００２８】
光学系は、アームが被加工物をスキャンする際に、画像の方位角配向を維持しながら、回転アームを通じて、画像を中継する。ここで、方位角配向を以下の例で定義する。時計の文字盤上で正午を指しているアームを考える。この位置において、文字「Ｒ」は、時計上の正午に関して、光学系の両端において直立の配向を有する。次に、アームが１０時または２時方向に再配置されると、文字「Ｒ」は、光学系の両端において、依然として直立の配向を有する。書き込み装置において、投影される「Ｒ」は、三つの位置の１０時、１２時、及び２時の全てにおいて、同じ直立の方位角配向で印刷される。あるいは、検査装置において、被加工物上の１０時、１２時、及び２時の位置において直立で配置される三つの「Ｒ」の画像は、同じように見える。代替的には、文字「Ｒ」は、光学系によって反転、回転、または変形されても良い。なお、これらの変形の後において、投影される画像は、三つの位置の１０時、１２時、および２時の全てにおいて、同じ方位角配向を有する。方位角配向を維持することで、印刷が簡略化される。図４は、非回転光学系を備えるロータが回転する時に、書き込み又は読み取りが行われるフィールド４４５を示している（二次元のフィールド、例えば、ハブ４３０におけるＳＬＭ又はＣＣＤカメラからのフィールドを有する例）。図４のフィールドは、水平方向に沿ったピクセルグリッドが維持されるように選択された間隔で設けられる。直交方向に沿ったピクセルグリッドは各フィールドについて異なり、変位量はストライプの曲率によって与えられる。図５は、水平グリッドに関係なく、例えば、等しい時間間隔でフィールドが設けられる類似の例を示している。ピクセルグリッドは、連続するフィールドの間でｘ及びｙの両方向に変位する。連続画像を連結するために、システムのデータ経路は、各フィールドの変位量を把握していなければならない。
【００２９】
書き込みシステムでは、データ内の特徴は、変位量を補償するように移動されなければならず、書き込みハードウェア用のビットマップを生成している間、ピクセルグリッドの変位量は考慮される必要がある。読み取りシステムでは、例えば、複数の画像を連結してパノラマ画像を形成するために写真に使用される周知の方法により、フィールドが連結され得る。いずれの場合にも、被加工物上に物理的な画像が存在し、物理的な画像は、変位したフィールドにおいて画像装置によって処理され、データ経路又は画像処理コンピュータにおいて、即ち、書き込む前または読み取った後に、書き込み又は読み取りのハードウェアに関わらず、画像は、連続画像ファイルとして存在し、即ち、連続画像の全ての部分が、共通の基準グリッドを有する。部分画像のグリッドが機械の幾何学的形状から決定された後に、部分画像を示すビットマップは、画像処理の分野における周知の方法、例えば、「イメージ・モーフィング」と称されるアルゴリズム等により、ハードウェアのグリッドと基準グリッドとの間で、変換されることができる。変位した画像フィールドを連結するために、本出願人によって導出された信号処理方法が、回転した画像フィールドとともに使用されることもできる。小さな回転は、モアレ効果、鮮明度の喪失、およびセンサ面積の不効率な使用といった問題を有する大きな回転よりも、相当扱いやすい。従って、これは使いやすく、画質および速度は、非回転フィールドの場合に、より良好であり、二番目に良いことは、フィールドが、隣接する部分画像の間で数分の１ピクセルのみしか回転しない点である。
【００３０】
画像配向が回転光学アームによって維持される場合、スタンプ同士の重なりが、図５に示されるように、回転の進行角度とともに変化しても、重なり合う画像の計算が可能であるか、簡素化される。例えば、放射される閃光によって形成される一つの画像「スタンプ」は、画像の回転又は傾斜を考慮せず、単純な変位ベクトルによって別の画像「スタンプ」に関係付けられることができる。二つ目の変位ベクトルは、運動中である場合に、閃光同士の間の被加工物の移動を示し得る。この二つの変位ベクトルが追加され得る。
【００３１】
以下のさらに詳しい開示は、二つの種類の光学的構成を示す。第一の種類において、回転軸線上で光リレーが用いられる。二つの実施形態において、平坦な鏡と湾曲した鏡とが軸線上に配置される。特定の変形例において、ハブと、被加工物を掃引する遠位アーム端との間において情報を中継するために、一つ以上のアームが用いられる。第二の種類において、ハブの近傍の光リレーが使用され、光リレーは軸線外に位置する。軸線外のリレーの例としては、三角錐、四角錐、および多面鏡などの鏡が挙げられる。
【００３２】
本発明の特定の実施形態において、光リレーは、プリズムまたは鏡などの画像屈折機器であり、軸線上に、または軸線外に配置することができ、回転軸線の周りを回転する。画像屈折デバイスは、例えば、少なくとも特定の期間の間、ハブの回転軸線の回転移動と同期して、移動、例えば、回転移動を行なう個別の要素であって良く、または画像屈折デバイスは、回転するハブの一体的な一部であっても良い。
【００３３】
実質的なスキャン速度は、一つ以上の回転する光リレーアームを使用して実現され得る。被加工物のより幅広のストライプがスキャン可能なため、被加工物の運動は、回転式光学系によると、スキャン式光学系の場合ほど多く反転する必要はない。代替的には、幅広のスキャンフィールドを実現するために、相当安価な光学系が用いられることができる。
【００３４】
図２、４、及び５は、直線運動を利用する代わりに、円弧状にスキャンする例示的な実施形態を示している。全ての図面において、部品同士の機械的関係の理解を高め、かつ読み手が回転アームに集中できるように、光学系は大幅に簡略化されている。読み取り／書き込みヘッド２３０は固定されている。光学画像は、回転軸線の近傍の位置と、ハブ２５０から離間した位置との間において、回転もしくは旋回する光学系２４０によって中継される。回転する光学系は、単純で軽量であり、例えば、二つの平行な鏡のみからなる。回転する光学系は、被加工物にわたって円弧状にスキャンし（図４〜５）、即ち旋回する（図２）。被加工物４１０は、少なくとも光学系の回転の中心に関して移動可能である。被加工物は、連続的に、または段階的に移動することができ、ひいては、スキャン光学系は被加工物の全ての部分に到達することができる。制御システムは、運動を駆動するアクチュエータから、または位置エンコーダ及び角度エンコーダの少なくとも一方から、被加工物のどの部分への書き込み、及びどの部分からの読み取りの少なくとも一方が行なわれるかを把握する。書き込みの場合、コントローラは、アドレス指定された領域に書き込まれるべきデータの送信を制御し、読み取りの場合、読み取られた画像もしくはデータは、画像もしくはデータの位置が把握された状態で、記録または分析される。印刷アームの掃引時に画像４３０、４４５の方位角配向を維持することによって、被加工物への書き込み前に、または被加工物からの読み取り後に、被加工物の表面を示す連続ピクセルマップを作成することが可能になる。スタンプ同士の重なりは、回転の円弧内における遠位アームの位置、例えば、５４５Ａ〜Ｄによって決まる。
【００３５】
円運動は、直線運動に比べて制御が容易である。ベアリング、例えば、流体ベアリングは、回転の中心を正確に画定する。回転する部分が、回転の中心の周りに釣り合い質量を備えた車輪として作られ、かつ連続回転モーメントを付加される場合に、ベアリング内の摩擦を相殺するエネルギのみがスキャン用アームを掃引するために必要とされる。回転光学系および機械的支持部を備えるロータは、完全に受動的なものであっても良い。モータ、冷却器、センサなどの全ての能動的部品が、基部およびステージの一部であっても良い。
【００３６】
開示されている技術は、ｘ−ｙスキャンシステムの往復運動を、光学アームの連続回転に置き換える。この回転は、環境との間で、エネルギの交換をせず、振動も殆ど又はまったく交換しない。比較すると、１ｍ／ｓの往復運動は、支持構造物内に、振動および往復する機械的な力を発生させ、一方で、回転するバランスのとれたスキャナは、非常に平滑に１０ｍ／ｓまで到達し得る。往復運動を円運動に置き換えることにより、光学式スキャンシステムにおける実用上の課題が、特に、平坦な被加工物の場合に解決される。
【００３７】
画像の方位角配向を維持することについて、図３に示されている。ハブ３３０における方位角画像は、回転アーム２４０Ａ、２４０Ｂの端部へ中継される。遠位画像３４５Ａ、３４５Ｂは、ハブ画像３３０と同一の方位角配向を有する。図示された実施形態において、リレー軸線３３４、３４４は平行であり、画像情報を同一方向に伝達する。
【００３８】
図１６ａ〜ｃは、中継される画像の光学的類似性を示すとともに、定義している。光は、鏡Ｍ１およびＭ２によって示される回転式光学系を通って、伝搬される。鏡Ｍ１は、回転軸線上に、又は回転軸線の近傍に位置する。鏡Ｍ２は、ハブの周りで回転する光学アームの遠位端に位置する。鏡Ｍ２’（ダッシュ）は、回転した位置にある鏡Ｍ２を示している。光線は、ｘ方向およびｙ方向の画像に関する情報を含んでいる。ｘ方向およびｙ方向は、回転する光学的部品に進入すると、伝搬方向ｚと組み合わさって、図において右手系（「ＲＨ」）として示される特定の掌性を有する三次元座標系を形成する。回転する光学系は、光が被加工物に衝突する前に、画像情報を変換することができる。画像情報のｘ方向およびｙ方向は、変換され得るが、これらは、伝搬方向に対して特定の右手系または左手系を維持する。画像が非回転であるための条件は、回転する光学系に進入する方向および回転する光学系から退出する方向が平行である場合に、回転する部分の前後で掌性が同一であり、かつ方向が逆平行である場合に掌性が逆であることである。この事実は、図に示されている。図１６ａにおいて、鏡Ｍ１の前の掌性は、鏡Ｍ２の後の掌性と同一である。進入する方向と退出する方向は平行であり、初期と、鏡が（実線で示される）元の位置から（波線で示される）新たな位置へ９０度回転した時とに、ｘ軸およびｙ軸は回転していない。図１６ｂでは、鏡Ｍ２は、ｚ軸が逆になるように、異なる状態で取り付けられている。ｘｙｚ座標系は、依然として右手系であるが、回転する部分の前後の伝搬方向は、逆平行である。この場合、鏡が９０度だけ回転すると、送出される光線内のｘ軸およびｙ軸は１８０度回転する。即ち、掌性が上述の規則に反する場合、回転する光学系に進入する画像情報と回転する光学系から退出する画像情報との間の方位角関係は維持されない。最後に、図１６ｃにおいて、第三の鏡Ｍ３が、ｘｙｚ座標系の掌性を反転するために導入され、ｘｙｚ座標系を左手系ＬＨにする。反転した掌性と、回転する光学系への逆平行の進入方向および退出方向とを組み合わせることによって、ｘおよびｙの配向は非回転となる。
【００３９】
条件を表現する異なる方法は、ｒを回転ベクトルとして、回転する部分の前後にｘｙｒ座標系を形成するものであり、即ち、ｒは回転軸線に対して平行であり、ｒに沿って見る場合に回転は時計回りである。非回転画像の条件は、ｘｙｒの掌性が、回転する部分の前後で同一であるということである。ｒの大きさ（即ち、回転の速度または角度）も同一であるという制約とともに条件を定式化するこの最後の方法により、非回転画像のための条件を、より複雑な幾何学的形状に対して一般化することができる。
【００４０】
図４〜５は、固定式の画像装置が二次元である場合の連続するスタンプの連結を示している。代替的に、スタンピング動作の代わりに、掃引動作を用いて、固定画像装置と被加工物の表面との間の画像情報の中継を行なうことができる。掃引動作において、画像装置は一次元であって良く、または光線の配列でも良く、円弧に沿って掃引する際に画像情報をより連続的に、又はより非連続的に中継することができる。図４において、固定画像装置４３０は、ハブの周りを回転する一つ以上の光学アームによって描かれる円の中心に位置する。この図において、回転は時計回りである。スタンプ４４５は、被加工物４１０の表面にマッピングされる。典型的には、書き込みによるスタンプは、パルス状レーザおよびＳＬＭ、ＤＭＤ、ＧＬＶ、液晶シャッターシステム、または画像を形成するための類似の装置によって生成される。例えば、点検または計測において用いられるような読み取り用のスタンプは、情報を逆方向に中継する。図５は、一連のスタンプ５４５Ａ〜Ｄの間の重ね合わせ、即ちいわゆる連結が、被加工物４１０に関する光学アームの位置にどのように依存するかを示している。
【００４１】
図６は、図３と同一の種類であるが、画像が１８０度回転しているスキャン動作を示している。回転および等方性の拡大または縮小は、いわゆる画像の類似性を維持する光学的演算である。ハブおよび遠位端において平行な軸線を有するシステムでは、画像の類似性は、画像が偶数回数（０、２、４、…）だけ反転される場合に、スキャン光学系を出入りする際の類似性と同じである。画像の類似性を維持することによって、部分画像の結合が簡略化される。逆平行な軸線を有するシステムは、特別な場合であり、これについては、以下において図８ｃを参照して説明する。
【００４２】
図７は、上列において、回転し、かつ等方拡大されている画像を示しており、該画像は非回転ピクセルマップと互換性を有する。下列は、一連の画像の直接的な結合と互換性のない反転画像の例を示している。
【００４３】
図８ａ〜ｃは、非回転ピクセルマップを提供するスキャン光学系を有する例を示している。図８ａは、鏡８６１の前に、二つの平行な鏡８５２、８５４と、画像形成光学系とを有する書き込み（または読み取り）システムを示している。ハブにおける軸線、およびハブから離間した軸線８５５、８５７は平行である。図８ｂは、スキャンアーム内に対称的な光学系８６２、８６３を備える二つの平行な鏡を有する読み取り（または書き込み）システムを示している。図８ｃは、光線がスキャンアームの軸線の上方に向けられ、かつ固定式の外部鏡などの光学部品８６４に衝突するシステムを示している。光学部品８６４は、ハブにおける、またハブから離間した逆平行画像経路の場合を取り扱う。
【００４４】
図９は、スキャン光学系に進入する時と、退出する時との間の画像８５５、８５９に、任意の所望の回転を設定する鏡システムを備える例示的なシステムを示している。ドーブプリズム９６５は、画像を回転させるために適切な一つの光学的部品である。ドーブプリズムが、固定された角度に配置されている場合、画像は非回転であるが、ドーブプリズムの角度の二倍の角度だけ回転している。アームを回転させつつ、ドーブプリズムを回転することは、例えば、不完全な角度による残差の回転を相殺するために、画像の回転を高精度で制御する一つの方法である。
【００４５】
図１０ａ及びｂは、一対の軸線上の書き込みまたは読み取りシステムを示しており、該システムは、回転の軸線上において、ハブの中心に投影される書き込みまたは読み取り装置を備える。書き込みまたは読み取り装置１０３０は、ＳＬＭもしくはディスプレイ等の画像形成装置、あるいは、カメラもしくは他の検出器などの画像収集装置であって良い。両方のシステムは、半径内の放射状範囲上の画像をスキャンするために反射屈折光学系を用いる。スキャン光学系の回転部分は、波線の長方形１０４０の内側の部分である。システムは、小さな固定鏡１０４５と大きな固定鏡１０４３とを備えるオフナー（Ｏｆｆｎｅｒ）型投影システムを用いる。被加工物に向かう、または被加工物からの画像データ１０５０は、書き込み装置１０３０から、又は読み込み装置１０３０へ、固定鏡１０４３、１０４５にて一連の回転鏡上に反射し、回転鏡は、少なくとも一つの軸線上鏡１０４１を備える。被加工物１０１０は、ステージ１０２０上で運搬される。
【００４６】
図１０ｂは、大きな固定鏡１０４３が、鏡１０４４のより小さな湾曲部分によって置き換えられる類似のシステムを示している。この構成において、部分的な鏡１０４４の寸法は、湾曲鏡１０４４、１０４５を動くように設定するか、あるいは少なくとも縮小された寸法の部分鏡１０４４を動くように設定することによって縮小することができる。
【００４７】
三本、四本、またはそれ以上のアームを有するシステムは、システムの負荷サイクルを向上させ、したがって、光学系の各回転のより大きな割合の間において、書き込みまたは読み取りが行なわれる。図１１は、三本のアームを備えるスキャンシステムを示しており、一対の被加工物１１１１、１１１２は、ハブ１１４８の両側において書き込まれる。このシステムは、１００％の負荷サイクルを有し得る。各ロータは、６０度の円弧上において書き込む。一回に、一本のアーム１１４０のみによって書き込まれ、代替的には、一本のアーム１１４０のみによって二つの被加工物１１１１および１１１２上に書き込まれる。レーザエネルギは、二つのＳＬＭ  １１４７および１１４９の間において偏光制御によって切り替えられ、データ流も、ＳＬＭの間で切り替えられる。レーザ１１２０およびデータ経路１１３５は、書き込み機構内の最も高価なモジュールであるため、この実施形態において、ＳＬＭおよびアーム内の光学系はそれぞれ５０％および３３％と低い負荷サイクルを有しているが、レーザおよびデータチャネルは１００％の時間にわたって用いられる。これは、例えば、三本の回転アーム１１４０Ａ〜Ｃを備える書き込みシステムの一例である。各アームは、設計上、図３、５、８ａ〜ｃ、または９のいずれかに対応する。図は、レーザ１１２０と、二つのＳＬＭにデータ１１３０を送信するコントローラ１１３５とを概念的に示しており、データは、回転アームまで１１３２、１１４７、１１４９を介して中継される。図は、各アームが各ＳＬＭの前方に移動し、一連の同心円状スタンプを被加工物１１１１、１１１２上に書き込む様子を示している。この図において、二つの被加工物が示されているが、寸法に応じて、さらに多くの被加工物がロータの下方に配置されても良い。例は書き込みシステムとして説明されているが、中継の方向を、被加工物からレーザ１１２０が位置する場所および別の場所に配置されている一対の検出器への方向とすることは容易である。
【００４８】
図１２ａ及びｂは、八本のアームを有する軸線外の実施形態を示しており、ハブ位置における回転プリズムが画像データを順次それぞれのアームに伝え、それぞれのアームから受け取る様子を示している。図１２ａは、被加工物１２１０およびステージ１２２０を示す側面図である。レーザ１２３０（または検出器）は、データを、軸線外の鏡または他の光学素子１２４２を介して、回転鏡またはプリズム１２７１へ中継する。一対の鏡またはプリズム１２４８、１２４９は、アームと共に回転する。錐体状の光学系を用いて、光学素子１２４８、１２４９の片側は、画像データをプリズム１２７１と大きな固定鏡１２４３との間に送り、他方の側で、画像データを大きな固定鏡１２４３、遠位鏡１２４７、および被加工物１２１０の間に送る。
【００４９】
図１２ｂは、直前に説明したシステムの上面図である。大きな固定鏡１２４３が図示されているが、下方に位置する特徴が見られるように切り欠き図となっている。小さな固定鏡１２４５も図示されているが、回転プリズム１２７１が見えるように切り欠き図となっている。小さな固定鏡は、回転鏡１２７１が見えるように、装置内に配置されるように中心に配置される代わりに、図面において僅かにずらされている。
【００５０】
さらなる図面は、軸線外の幾何学形状をさらに説明している。図１３ａ及びｂは、軸線上および軸線外のリレーアームの比較を示している。側面図は、図１３ａの軸線上の配置と、図１３ｂの軸線外の配置との間の、ハブにおけるリレーを明確に対比している。側面図は、上面図と比較して、この対比をより明確に示している。一対の上面図は、単純な回転鏡１３７０と軸線外の多面プリズムもしくは鏡１３７１を対比している。アームが軸線上のシステムにおいて、０度から４５度まで回転するときに、光リレーは本質的に不変である。軸線外のシステムは、軸線から多面素子１３７１上の正確な中継点までの距離が変化するため、異なっている。リレーを形成する多面素子１３７１の部分は、アームの中心線１３４１の片側から他方の側へ偏移する。この事実により、特定の実施形態において、ハブの遠位に配置される光学素子１３６２は軸線上のシステムで必要な光学素子よりも大きい必要があり、大きな光学素子１３６２によって、アームの中心線１３４１上にリレーが保持される。
【００５１】
図１４ａ及びｂは、ハブにおける非平行な軸線１４１２を用いて、被加工物に対して直交する光軸線１４３０を形成する代替的方法を示しており、ハブにおける非平行な軸線１４１２は、回転軸線１４１０に対して傾斜している。これらの実施形態において、基点に位置する場合と回転した場合との両方において、光リレーは遠位レンズ１４２６の中心まで提供される。図１４ａにおいて、内角は、リレー１４２４と、ハブ位置における軸線および被加工物上への軸線１４３０との間で等しい。これらの角度を一致させるために、ハブ光学系１４２０と遠位光学系１４２８Ａとの間のリレー１４２４は、回転軸線１４１０に対して直交する平面の外に位置する。図１４ｂにおいて、ハブ光学系の角度１４２２Ｂは、ハブ光学系１４２０と遠位光学系１４２８Ａとの間のリレー１４２４が回転軸線１４１０に対して直交する平面内に保持されるように、１４２２Ａから調節される。ハブ光学系面の調節された角度は、リレー１４２４と、ハブ位置における軸線および被加工物１４３０上への軸線との間に等しくない内角を形成する。遠位光学素子１４２８Ｂにおいて、回転軸線に対して直交する平面と被加工物に対して直交する平面との間の角度は、直角である。
【００５２】
ハブへの傾斜した入射角を用いると、リレー脚は回転軸線に対して平行でないため、特定の画像回転を引き起こす。殆どの場合に、この画像回転は、０〜４５度の錐体の回転角度の範囲にわたって、０．５度未満と小さい。代替的には、画像回転は、０〜５度の錐体の回転角度の範囲にわたって、０．５度未満であり得る。
【００５３】
図１５は、光学的構成に対し、錐体状の鏡の後方にチューブレンズを導入する。チューブレンズの対物レンズは、システムがテレセントリック系となるように配置される。この錐体状鏡に対応するためには、若干大型のレンズが必要である。種々の実装例において、錐体状鏡に入射する光線は、回転軸線に対して平行であるか、または傾斜していても良い。
【００５４】
図１７は、さらに別の光学的構成を示しており、この構成は、内側のリレー脚１７１２を回転軸線１７１０に対して平行に維持することによって、中継される画像の回転を軽減する。レンズ部分１７１５は、リレー脚１７１２の軸線に対して対称的でなく、ひいては、レンズの後方のリレー脚１７１７は、錐体状鏡１７２０の表面１７２２に向かって屈曲する。アーム１７２４に沿ったリレーは、回転軸線に対して直交する。
【００５５】
図１８及び１９は、それぞれ、四角錐および三角錐状の鏡の使用例を示している。これらは両方とも軸線外の実装例である。さらに多くの側面が、角錐状鏡上に用いられても良い。好ましくない状況として光線が回転鏡の二つの面に位置する時の投影時間の損失と、光学アームに沿って画像情報のリレーに好ましい影響を与え、かつ、リレーをアームの中心線のより近傍に維持することを可能とする面の中心および縁部の間の半径の縮小との間に、実用上のトレードオフが存在する。
【００５６】
図２０は、小型の対物レンズ２０２６を使用した例を示している。ロータ・スキャナは、光線が対物レンズの前面の近傍に向かうように設計され、ひいては、対物レンズの寸法を小さくすることができる。他方で、小型のレンズは、リレー脚２０２４をアームの中心線２０４１に一致させるために、十分な強度を有していない。その結果、集中した光線は、被加工物に対して直交しない。
【００５７】
図２１は、光線が入射瞳２１２５に集光し、かつテレセントリック対物レンズ系を通じて中継される設計を示している。しかし、この設計は、より大型の対物レンズと、より複雑な光学設計を必要とする。
【００５８】
図２２ａ及びｂは、大型の錐体状の鏡を用いる例を、より小型の錐体状の鏡を用いることを可能にする光学系と対比している。リレー光学系２２２２を入射瞳２２２５の前方に用いることによって、小型の鏡を用いることが可能になる。
【００５９】
図２３は、ＳＬＭまたは検出器２３８１から、焦点アクチュエータ２３８３を通り、錐体状鏡２３２０上へ画像情報を中継する簡略化された光学系を示している。焦点アクチュエータは、錐体の面における誤差、または振動によって発生する誤差を補償するように光線を誘導することができる。この実装例は、一つの被加工物と一つのＳＬＭとともに四本のアームを用いる例を示している。この実装例の特徴は、複数の書き込みまたは読み取り装置、及び複数の被加工物を用いる他の実装例と組み合わせることができる。
【００６０】
同一のアームおよび経路に沿って、複数の書き込みまたは検出装置を用いることができる。さらに、複数の被加工物への書き込み、または大型の被加工物への書き込みを行なうために、回転軸線の周りに複数の書き込みまたは検出装置を配置することができる。
【００６１】
同様に、本発明は、多数の機器を大型の平坦な基板上で使用することを可能とし、例えば、太陽電池パネル、ディスプレイ基板、金属薄板、建築用ガラス、ロール・ツー・ロール・プラスチック、紙、および同様のものを高速スキャンすることを可能とする。回転アームを通じて、画像は外周上で取得され、反射率計、分光光度計、散乱計、マルチスペクトルカメラ、偏光計、蛍光もしくは光ルミネセンス機器などの、カメラまたは光学分析機器が配置されうるハブに伝達されることができる。複雑であるか、かさばるか、壊れやすい機器はハブに固定して取り付けられるが、依然として、例えば、ロータの下方のコンベヤ上を通過する幅２メートルの薄膜光起電力パネルの表面上の任意の点に接近して、分析のためにシートを除去したり、ロール・ツー・ロール・フローを停止したりすることなく、大型の被加工物上を高密度のグリッドで領域全体の点検または分析を行なうことができる。ロータは、平坦な光学系のみを有し、またはアーム内に反射リレーを有して、遠赤外線から遠紫外線までの無彩光の使用を可能とする。蛍光研究用のＵＶ等の照明がハブから供給されるか、ロータ内で発光させることができる。
【００６２】
図２４は、実行可能な画像生成器ＩＧ１〜８および例示的な画像検出器ＩＤを備えた本開示の技術の別の実施形態を示している。画像生成器は固定フレーム上に配置され、ロータＲ上に取り付けられている鏡Ｍ１およびＭ２は、被加工物ＷＰ上でスキャンするロータの周囲に画像を送る。レンズＬ１およびＬ２は、画像生成器ＩＧによって生成される画像Ｉの鮮明な像を形成するリレーを構成する。ロータ駆動装置ＲＤは、ロータを回転させ、その角度は、位置検出器ＰＤ１によって測定される。ステージの位置は、第二の位置検出器ＰＤ２によって測定される。コントローラＣは、パターンＰが被加工物上に正しく形成されるように、画像生成器を制御する。
【００６３】
画像生成器には、例のＩＧ１〜８に示されるように多くの種類がある。ＩＧ１は、狭幅の一次元アレイの光変調器、例えば、回折格子光弁である。ＩＧ２は、アナモルフィック光学系により被加工物上に狭幅の線を形成する変調器の幅広のアレイである。即ち、変調器上の照射面積と被加工物上の照射面積との比は、ｘ及びｙで異なる。変調器のアスペクト比（幅に対する長さ）は、画像内の同じ比に比べて少なくとも二倍小さく、好ましくは五倍小さく、しばしば十倍小さい。ＩＧ３は、微小機械変調器アレイなどの変調器の二次元アレイ、または液晶シャッタ（ＬＣＤ  ｓｈｕｔｔｅｒ）の二次元アレイである。ＩＧ４は、例えば、各レンズが焦点スポットを形成し、かつ焦点スポット内の光が、例えば、液晶シャッターまたはＤＭＤチップ（テキサス  インスツルメンツ社（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）のＤＬＰ技術）によって個別に変調されるレンズアレイによって形成されたスポット・グリッドアレイである。スポットアレイも、光源のアレイ、例えば、ＶＣＳＥＬレーザによって形成することができる。ＩＧ５において、焦点スポットの不規則なアレイが、例えば、コンピュータ制御ホログラムまたはＳＬＭによって形成される。不規則なアレイは、例えば、ウェハ、ＰＣＢ、および他の基板内にドリルでビアホールを開けるために用いられ得る。ＩＧ６は、画像生成器としてスキャン光線を有し、例えば、単一モードレーザ光線が音響光学的または電気光学的変調器によって変調され、音響光学的、電気光学的、または機械的スキャナによってスキャンされる。ＩＧ７は、同時に変調され、かつ平行してスキャンされる複数の光線を有する。パターンが繰り返されるか、または定型化されている場合、例えば、被加工物に対して平行な直線パターンである場合、ＩＧ８に示されているように、マスクまたはステンシルを画像生成器として用いることが十分であり得る。最後に、光学系が反転され、画像生成器を画像検出器に置き換え、ＩＤをここではカメラを示す記号とすることができる。照明源は、上記の場合の各々に適合する性質を有するものとして良い。ＩＧ１〜２、ＩＧ４〜７は、連続光源または高周波短パルスの光源を使用することができるが、ＩＧ３〜５およびＩＧ８は、パルス光とともに使用することができる。画像検出器、分光光度計、時間分解光度計、散乱計などを示すカメラＩＤは、正確に要求に応じて連続光またはパルス光とともに使用することができる。
【００６４】
上述のように、本発明は、多数の計測機器が大型の平坦な基板上で用いられ、例えば、太陽電池パネル、ディスプレイ基板、金属薄板、建築用ガラス、ロール・ツー・ロール・プラスチック、紙、および同様のものを高速でスキャンすることを可能にする。回転アームを通じて、画像が外周上で取得されて、ハブに伝達されることができ、ハブには、カメラもしくは検出器（例えば、ビジコン、ＣＣＤ、ＣＩＤ、ＣＭＯＳデバイス、及びＴＤＩの少なくとも一つ、増倍型、ゲート型、アバランシェ式、単一光子式、光子計数式、干渉計型、比色分析用、ヘテロダイン式、光伝導性、またはボロメータの検出器またはアレイ）が配置されるか、光学分析機器（例えば、反射率計、分光光度計、比色計、散乱計、マルチスペクトルカメラ、偏光計、または蛍光、光ルミネセンス、もしくは光音響機器）が配置され得る。
【００６５】
ほかに、熱（赤外線放射）、色、平坦度、平滑度、膜厚、化学組成、清浄度の光学的測定、または、パターン完全性もしくは忠実性の検証に用いることも可能である。この方法は、表面の画像または見つかった欠陥もしくは特徴の正確な位置が必要である場合に特に有利である。複雑であるか、かさばるか、壊れやすい機器はハブに固定して取り付けられるが、依然として、例えば、ロータの下方のコンベヤ上を通過する幅２メートルの薄膜光起電力パネルの表面上の任意の点に接近して、分析のためにシートを除去したり、ロール・ツー・ロール・フローを停止したりすることなく、大型の被加工物上を高密度のグリッドで領域全体の点検または分析を行なうことができる。ロータは、平坦な光学系のみを有し、またはアーム内に反射リレーを有して、遠赤外線から遠紫外線までの無彩光の使用を可能とする。照明（例えば、反射光顕微鏡用の可視入射光）がハブから供給されるか、ロータ内で発光させることができる。いくつかの機器および書き込みモードの少なくとも一つが、一つの光学アーム内で組み合わせるか、または異なる光学アームを用いることによって、一つのロータ内で組み合わせられることができる。少なくとも一つの機器または光学画像装置が、アームを通して、蛍光研究用のＵＶ等の励起光線を放射することができ、被加工物から戻る画像を受け取ることができる。回転は、一定もしくは変動する角速度で連続的であり、代替的には、断続的に駆動され、特に、被加工物のランダムアクセス分析に使用できる。結像光学系の焦点調節は、固定であり、しばしば可変であり、あるいはスキャン時に動的であって、干渉分光、後方反射、ファイバ端への近接度、光学三角測量、ピンぼけまたは視差に基づく焦点センサからのフィードバック、流量、圧力もしくは粘性抵抗、超音波飛行時間もしくは位相、容量、インダクタンス、または距離もしくは位置を示す他の好適な現象からのフィードバックに基づくものとして良い。
【００６６】
（特定の実施形態）
本発明は、方法として、またはその方法を実施するために構成された装置として実施されることができる。本発明は、コンピュータ支援による方法を実行するプログラム指令、またはコンピュータ支援デバイスを生産するためにハードウェアと組み合わせることができるプログラム指令が記憶されている媒体などの製造品であり得る。
【００６７】
ここでは、画像情報をいずれかの方向に伝達することができる経路に関して、さらに被加工物への、又は被加工物からの画像情報の送信機もしくは受信機であり得る画像装置に関して、方法および装置を説明する。開示されている方法の一つは、被加工物１１１１をスキャンする方法である。この方法は、被加工物への書き込みまたは被加工物からの読み取りのいずれかに適用することができる。この方法は、ハブ１１４８の周りを回転する少なくとも一つの光学アーム１１４０Ａ〜Ｃを用いて、光学画像装置３３０、１１３０と被加工物３１０、１１１１との間で情報を中継することを含む。光学画像装置は、ＳＬＭまたはＤＭＤなどの書き込み装置であるか、またはＣＭＯＳ検出器アレイなどの読み取り装置であり得る。これは二次元または一次元であり、掃引され得る。被加工物は、光学アームの回転軸線に対して概ね直交するように位置決めされる。中継される画像の情報は、画像装置と被加工物との間に、ほぼ一定の方位角配向を維持する。この方法において、中継は、被加工物３１０、１１１１から、全てが光学アーム１１４０Ａ〜Ｃに沿って、ハブ１１４８を越えて、画像装置１１３０まで延びる経路に従う。中継される画像の情報は、この経路に沿って、いずれかの方向に伝達され得る。光学画像装置３３０、６３０における設定された画像が被加工物３１０上の設定画像の中継された画像３４５Ａ及びＢ、６４５Ａ及びＢの間で一定の角度関係を維持する場合に、中継される情報の方位角配向は、画像装置３３０と被加工物３１０との間でほぼ一定になるように定義される。この角度関係は、光学アームが回転３４７に沿って５度まで掃引する際に、角度関係の変動が１／２度以内の回転である場合に、ほぼ一定であると考えられる。特定の実装例においては、光学アームが回転３４７に沿って４５度まで掃引する際に、１／２度以内の回転で角度関係が変動する。被加工物上の直立した「Ｒ」は、光学アーム２４０Ａ及びＢが、その回転掃引３４７において、１０時の位置、正午の位置、または２時の位置にあるかに関係なく直立している。
【００６８】
一つの実装例において、この方法で用いられる光学画像装置３３０、１１３０は、被加工物３１０、１１１１に中継される画像を形成する。即ち、この実装例は、被加工物に書き込みを行なう。この中継される画像情報は、パルス状の一連のスタンプで伝達され得る。または、書き込み用光線の掃引アレイとして伝達され得る。
【００６９】
別の実装例において、この方法で用いられる光学画像装置３３０、１１３０は、被加工物３１０、１１１１から中継される画像を検出する。即ち、この実装例は、被加工物の読み取りを行なう。
【００７０】
この方法は、被加工物からの読み取り又は被加工物への書き込みを行なうことと、光学アームの掃引の一部分を範囲とする被加工物における画像に対応する複合画像情報５４５Ａ〜Ｄを結合することとをさらに含んでも良い。例えば、複合画像情報は、少なくとも５度、１０度、または２０度の掃引に対応し得る。複合画像情報は、被加工物から読み取られる情報であって良く、あるいは、被加工物に書き込まれる情報、または再サンプリングされて、被加工物に書き込まれる情報のマップであっても良い。
【００７１】
当然、上述の第一の方法の実施形態、実装例、態様、および特徴を、多くの方法で組み合わせることによって、種々のシステムを構成することができる。
第二の方法の実施形態は、被加工物１０１０に書き込む、または被加工物１０１０から読み取る方法である。固定光学画像装置４３０を用いて、中継される画像１０５０の情報を形成、または収集する（図４、１０、及び１１）。この方法は、光学画像装置３３０、１１３０と被加工物３１０、１１１１との間で情報を中継（１４２４）する少なくとも一つの回転アーム１１４０Ａ〜Ｃを用いることを含む。光学画像装置は、ＳＬＭまたはＤＭＤなどの書き込み装置であるか、ＣＭＯＳ検出器アレイなどの読み取り装置であり得る。これは二次元または一次元であり、掃引され得る。湾曲したストライプが被加工物の表面を横切って繰り返し掃引され、連結された重なり合う画像から形成された連続画像４３０を書き込むか、読み取る。最適には、印刷アームの掃引時に画像４３０、４４５の方位角配向が維持されることによって、被加工物への書き込み前に、または被加工物からの読み取り後に、被加工物の表面を表す連続ピクセルマップを生成することが容易になる。
【００７２】
この角度関係は、光学アームが回転３４７に沿って５度まで掃引する際に、角度関係の変動が１／２度以内の回転である場合に、ほぼ一定であると考えられる。特定の実装例においては、光学アームが回転３４７に沿って４５度まで掃引する際に、１／２度以内の回転で角度関係が変動する。被加工物上の直立した「Ｒ」は、光学アーム２４０Ａ及びＢが、その回転掃引３４７において、１０時の位置、正午の位置、または２時の位置にあるかに関係なく直立している。
【００７３】
さらに別の実装例において、画像４３０の情報を中継することは、固定光学画像装置に結合され、かつ回転アーム１７２４の回転軸線１３１０に、または回転軸線１３１０の近傍に位置決めされた第一の光軸をトラバースすることを含む。表面１７２２に取り付けられ、かつ回転軸線から回転アームに沿って遠位側に配置された第二の光軸がトラバースされる。第一および第二の光軸は、約８度（１４１２）の範囲内で互いに対して、ほぼ平行であるか、逆平行（８５９）である。
【００７４】
別の実装例において、第二の光軸は、回転軸線１３１０から、第一の光軸の少なくとも十倍、離間していることができる。
別の実装例において、中継される画像１０５０の情報の光学的類似性（図１６ａ〜ｃ）は、第一および第二の光軸８５７がほぼ平行であるときに維持され、ほぼ逆平行８５９であるときに反転される。
【００７５】
第一のデバイスの実施形態において、光学式スキャン装置が説明される。この装置は、書き込みもしくは読み取りの装置１０３０のいずれかであり得る。この装置は、回転軸線を有するハブ１１４８の周りを回転する少なくとも一つの光学アーム１１４０Ａ〜Ｃを用いることを含む。この装置は、光学画像装置３３０、１１３０と被加工物３１０、１１１１との間で情報の軸線上リレー（図１０）または軸線外リレー（図１１〜１５）を有するハブを備える。被加工物は、装置の一部であるステージ上において、光学アームの回転軸線に対して概ね直交するように位置決めされる。装置は、画像装置３３０、１１３０を備える。リレー光学系は、画像装置３３０、６３０における画像と、中継された画像３４５Ａ及びＢ、６４５Ａ及びＢとの間で方位角配向を、ほぼ一定に維持しながら、画像装置３３０、１１３０と被加工物３１０、１１１１との間において光情報を中継する。この装置において、中継は、被加工物３１０、１１１１から、光学アーム１１４０Ａ〜Ｃに沿って、ハブ１１４８を越えて、画像装置１１３０まで延びる経路に従う。中継される画像１０５０の情報は、この経路１３１２に沿って、いずれかの方向に伝達されることができる。画像処理器１１３５は、表面１７２２のいくつかの部分にわたって掃引する回転アーム１７２４を用いて中継される画像１０５０の情報に対応する連続画像４３０を連結する。装置が書き込み装置である場合に、画像処理器１１３５は、連続画像の一部を表面上に書き込み、連続的な湾曲ストライプを形成する。装置が読み取り装置である場合に、画像処理器は、表面上の連続的な湾曲ストライプから連続画像の一部を読み取り、それらの部分をメモリ内で連結して連続画像を形成する。中継される情報の方位角配向は、光学アームが回転３４７に沿って５度まで掃引する際に、方位角配向の変動が１／２度以内の回転である場合に、ほぼ一定であると定義される。特定の実装例において、光学アーム１１４０Ａが回転３４７に沿って４５度まで掃引する際に、１／２度以内の回転で角度関係が変動する。被加工物１０１０上の直立した「Ｒ」は、光学アーム１１４０Ａが、その回転掃引３４７において、１０時の位置、正午の位置、または２時の位置にあるかに関係なく直立しているべきである。
【００７６】
一つの実装例において、装置は、固定光学画像装置に取り付けられ、かつ回転アーム１７２４の回転軸線１３１０に、または回転軸線１３１０の近傍に位置決めされたリレー光学系２２２２の第一の光軸を備えることもできる。リレー光学系２２２２の第二の光軸は、表面１７２２に取り付けられ、回転軸線１３１０から回転アーム１７２４に沿って遠位側に位置決めされている。
【００７７】
別の実装例において、第二の光軸は、回転軸線１３１０から、第一の光軸の少なくとも十倍、離間していることができる。
別の実装例において、中継される画像１０５０の情報の光学的類似性は、第一および第二の光軸８５７がほぼ平行であるときに維持され、ほぼ逆平行８５９であるときに反転される。
【００７８】
さらに別の実装例において、光学画像装置は、被加工物１０１０に中継（１１３２）される画像４３０を生成する。
代替的実施形態において、アーム１７２４の回転軸線１３１０の近傍の経路１３１２の部分は、軸線上（図１０）、または軸線外（図１１〜１５）に存在することができる。これらの実施形態は、さまざまな形で、上述の実装例および後述の他の特徴と組み合わせられることができる。特定の実施形態（図８ａ〜ｃ、１０、１６ａ〜ｃ）において、ハブの近傍の経路の第一の部分は、回転軸線８５７、８５９と一致する。これらのいわゆる軸線上の実施形態において、被加工物に接触する経路の第二の部分は、回転軸線に一致する経路の部分に対して平行（８５７）または逆平行（８５９）に延びている。軸線上の実施形態では、さまざまな鏡の配置が用いられることができる。例えば、鏡もしくはプリズム８５４、図１６のＭ１は、回転アーム組立体の上方に位置決めされ、情報を直接的に回転アーム上に中継することができる。あるいは、鏡もしくはプリズム１０４２は、回転アーム組立体１０４０の下方に位置決めされ、いわゆるオフナー型投影システムにおいて、頭上鏡１０４３、１０４５を用いることができる。オフナー型投影システムは、中継される画像１０５０を被加工物１０１０に向けて、回転光学アームに沿って、直接的に、または方向を変更して、戻すことができる。特定の実装例において、大型の固定頭上鏡１０４３は、光経路内で適切な位置を維持するようにアーム（複数可）とともに回転（１０４４）する小さな鏡の部分で置き換えることができる。他の軸線上の鏡の配置を考えることも可能であり、この記載は全てを網羅することを意図したものではない。
【００７９】
いわゆる軸線外の実施形態（図１１〜１５）は、ハブの近傍に存在する経路１３１２、１４１２の一部を有し、経路は、回転軸線１３１０、１４１０と一致しない。これらの実施形態において、回転軸線１３１０の近傍の経路１３１２の第一の部分は、回転軸線に対して平行であるか、または回転軸線１４１０に対して平行な線から少なくとも８度（１４１２）以内にある。被加工物に接触する経路１３３０の第二の部分は、回転軸線に対して平行な線から８度以内にある。代替的には、経路の第一および第二の部分は、互いに対して平行な線から８度以内にあり得る。
【００８０】
この方法は、被加工物からの読み取りまたは被加工物への書き込みを行なうことと、
光学アームの掃引の一部分を範囲とする被加工物における画像に対応する複合画像情報５４５Ａ〜Ｄを結合することとをさらに含んでも良い。例えば、複合画像情報は、少なくとも５度、１０度、または２０度の掃引に対応し得る。複合画像情報は、被加工物から読み取られる情報であって良く、あるいは、被加工物に書き込まれる情報、または再サンプリングされて、被加工物に書き込まれる情報のマップであっても良い。
【００８１】
当然、上述の第一の方法の実施形態、実装例、態様、および特徴を、多くの方法で、組み合わせることで、種々のシステムを構成することができる。
第二の装置の実施形態は、光学的情報を被加工物上に、または被加工物から中継する。この装置は、書き込みもしくは読み取りの装置のいずれかであり得る。この装置は、回転軸線を有するハブ１１４８の周りを回転する少なくとも一つの光学アーム１１４０Ａ〜Ｃを用いることを含む。この装置は、光学画像装置３３０、１１３０と被加工物３１０、１１１１との間で情報の軸線上リレー（図１０）または軸線外リレー（図１１〜１５）を有するハブを備える。被加工物は、装置の一部であるステージ上において、光学アームの回転軸線に対して概ね直交するように配置される。装置は、画像装置３３０、１１３０を備える。リレー光学系は、画像装置３３０、６３０における画像と、中継された画像３４５Ａ及びＢ、６４５Ａ及びＢとの間で方位角配向を、ほぼ一定に維持しながら、画像装置３３０、１１３０と被加工物３１０、１１１１との間で光情報を中継する。この装置において、中継は被加工物３１０、１１１１から、光学アーム１１４０Ａ〜Ｃに沿って、ハブ１１４８を越えて、画像装置１１３０まで延びる経路に従う。中継される画像の情報は、この経路に沿って、いずれかの方向に伝達されることができる。中継される情報の方位角配向は、光学アームが回転３４７に沿って５度まで掃引する際に、方位角配向の変動が１／２度以内の回転である場合に、ほぼ一定であると定義される。特定の実装例において、光学アームが回転３４７に沿って４５度まで掃引する際に、１／２度以内の回転で角度関係が変動する。被加工物上の直立した「Ｒ」は、光学アームが、その回転掃引において、１０時の位置、正午の位置、または２時の位置にあるかに関係なく直立しているべきである。
【００８２】
一つの実装例において、光学画像装置３３０、１１３０は、被加工物３１０、１１１１に中継される画像を生成する。即ち、この実装例は、被加工物に書き込みを行なう。この中継される画像の情報は、パルス状の一連のスタンプで伝達され得る。または、書き込み用光線の掃引アレイとして伝達され得る。
【００８３】
別の実装例において、光学画像装置３３０、１１３０は、被加工物３１０、１１１１から中継される画像を検出する。即ち、この実装例は、被加工物の読み取りを行なう。
代替的実施形態において、アームの回転軸線の近傍の経路の部分は、軸線上（図１０）または軸線外（図１１〜１５）に存在することができる。これらの実施形態は、さまざまな形で、上述の実装例および後述の他の特徴と組み合わせられることができる。特定の実施形態（図８ａ〜ｃ、１０、１６ａ〜ｃ）において、ハブの近傍の経路の第一の部分は、回転軸線８５７、８５９と一致する。これらのいわゆる軸線上の実施形態において、被加工物に接触する経路の第二の部分は、回転軸線に一致する経路の部分に対して平行（８５７）または逆平行（８５９）に延びている。軸線上の実施形態では、さまざまな鏡の配置が用いられることができる。例えば、鏡もしくはプリズム８５４、図１６のＭ１は、回転アーム組立体の上方に位置決めされ、情報を直接的に回転アーム上に中継することができる。あるいは、鏡もしくはプリズム１０４２は、回転アーム組立体１０４０の下方に位置決めされ、いわゆるオフナー型投影システムにおいて、頭上鏡１０４３、１０４５を用いることができる。オフナー型投影システムは、中継される画像１０５０を被加工物１０１０に向けて、光学アームに沿って、直接的に、または方向を変更して、戻すことができる。特定の実装において、大型の固定頭上鏡１０４３は、光経路内で適切な位置を維持するようにアーム（複数可）とともに回転する小さな鏡１０４４の部分で置き換えることができる。他の軸線上の鏡の配置を考えることも可能であり、この記載は全てを網羅することを意図したものではない。
【００８４】
いわゆる軸線外の実施形態（図１１〜１５）は、ハブの近傍に存在する経路１３１２の一部を有し、経路は、回転軸線１３１０、１４１０と一致しない。これらの実施形態において、回転軸線１３１０の近傍の経路１３１２の第一の部分は、回転軸線１３１０に対して平行であるか、または回転軸線に対して平行な線から少なくとも８度以内にある。被加工物に接触する経路１３３０の第二の部分は、回転軸線に対して平行な線から８度（１４１２）以内にある。代替的には、経路の第一および第二の部分は、互いに対して平行な線から８度以内であっても良い。
【００８５】
この装置は、被加工物からの読み取り、または被加工物への書き込みを制御する画像処理器１１３５と、光学アームの掃引の一部分を範囲とする被加工物における画像に対応する複合画像情報５４５Ａ〜Ｄを結合する画像処理器とをさらに備えても良い。例えば、画像処理器は、少なくとも５度、１０度、または２０度の掃引に対応する複合画像情報を結合することができる。複合画像情報は、被加工物から読み取られる情報であって良く、あるいは、被加工物に書き込まれる情報、または再サンプリングされて、被加工物に書き込まれる情報のマップであっても良い。
【００８６】
当然、上述の第一の装置の実施形態、実装例、態様、および特徴を、多くの方法で、組み合わせることで、種々のシステムを構成することができる。本明細書によって、論理的に矛盾する可能性がある場合を除き、それぞれの特徴が、全ての先行する特徴に従属する多数項従属形式の請求項であるかのように、組み合わせを開示することを意味する。
【００８７】
さらなる実施形態は、アームが被加工物４１０上で円弧状に掃引する際にも、被加工物上の情報と光学アームのハブにおける情報との間の一貫した配向関係を維持しながら、ハブの周りを回転する一つ以上の光学アームを用いて、ハブと被加工物の表面との間で画像情報を中継する低コストで、高いスループットの光学的処理装置を提供する。個別の光学アームは、単純な光学系を有し、軽量であり得る。複数のアームを用いて、１サイクル全体の掃引の割合として、情報を中継する負荷サイクルを向上させることができる。上述の特徴、態様等は、このさらなる実施形態と、さまざまな構成により組み合わせられることができる。
【００８８】
別の実施形態は、アームが被加工物上で円弧を描いて掃引する際にも、被加工物上の情報と光学アームのハブにおける情報との間の一貫した配向関係４３０、４４５Ａ及びＢを維持しながら、ハブの周りを回転する一つ以上の光学アームを用いて、ハブと被加工物４１０の表面との間で画像情報を中継する高いスループットを有し、かつデータの複雑性が低いシステムを提供する。時間で分割された画像は、画像の回転なしで、変位ベクトルによって互いから変位したものとして表すことができる。光学アームの回転軸線に対する被加工物の移動も、変位ベクトルとして表すことができる。二つの変位ベクトルは合成することができる。光学アームの回転速度、および被加工物の相対運動は、画像同士の重なりに影響を及ぼす所望の関係を生成するように選択され得る。上述の特徴、態様等は、この実施形態と、さまざまな構成により組み合わせられることができる。
【００８９】
上述の説明は、画像情報がいずれの方向にも中継されうるため被加工物とハブとの間の画像の中継を慎重に言及している。被加工物への書き込みのために、ＳＬＭ、ＤＭＤ、スキャンレーザ、または他の放射線源は、ハブ、および画像を被加工物上に投影するために使用される回転アームにおいて制御され得る。被加工物の検査または撮像のために、ハブ位置における検出器を用いて、アームの遠位端における光学部品の下方の被加工物からスキャンされた画像を取得することができる。
【００９０】
別の実施形態は、光軸を有する固定画像装置４３０を用いて、大型の平坦な被加工物をスキャンして、被加工物上にて画像８５５の読み取りまたは書き込みを行なうための方法を備える（図１４ａ〜１４ｂ）。画像８５５は、用意されるか、または選択されることができる。画像装置の光軸の近傍に入射口と、被加工物の近傍に射出光軸を有するスキャン光学系が提供される。光軸は、本質的に、平行または逆平行として良く、また入射光軸を有する固定式の装置に整合され得る。本開示は、８度の差を示すように描かれた例を含む。
【００９１】
スキャン光学系は、被加工物に対して直交する回転軸線の周りを回転し、入射光軸に幾何学的に近接しており、即ち、射出光軸よりも近接しているか、または相当近接している。スキャン光学系による回転を制御するために、コントローラが用いられる。異なる回転角度で、部分画像を読み取るか、または書き込むことができる。また、光子が放射される前か、後に、組み合わせた画像は制御電子回路に組み込まれる。
【００９２】
一つの実装例において、スキャン光学系の回転中に、画像４４５は平行移動するが、回転しない。代替的には、画像は回転することができ、組み合わせられた画像５４５Ａ〜Ｄが、互いに対して回転した部分画像から構成されることができる。
【００９３】
別の実装例において、入射および射出画像は同一の類似性を有し得る。ｘ軸およびｙ軸は、拡大縮小でき、回転できるが、反転しない。入射および射出画像は、光軸同士が平行である場合に、光線に沿って同一側から見ることができ、光軸同士が逆平行である場合に、一方の軸線に沿って、かつ他方の軸線に対向して見える。
【００９４】
固定された装置は、レーザダイオードアレイ、ＬＥＤアレイ、二次元ＳＬＭ１１３０を備えることができる。二次元ＳＬＭは、傾斜鏡、ピストンミラー、もしくはＤＭＤ機器、または液晶シャッター機器であって良い。一次元ＳＬＭはＧＬＶであっても良い。音響光学、ポリゴン、または電気光学スキャナなどのスキャナを用いることができる。被加工物に書き込む代わりに、被加工物から読み取るシステムにおいて、ラインカメラ、エリアカメラ、分光計、散乱計、干渉計を用いることができる。スキャン光学系は、鏡およびレンズを備え得る。
【００９５】
本発明は、上述の好適な実施形態および例を参照して開示されているが、これらの例は、限定を目的とするのではなく、説明を目的とするものである。コンピュータ支援の処理が、記載された実施形態、実装例、および特徴に関わっている。従って、本発明は、被加工物上を円弧状に掃引する少なくとも一つの光学アームを用いて、被加工物の読み取りまたは書き込みを行なうための方法、被加工物上を円弧状に掃引する少なくとも一つの光学アームを用いて、被加工物の読み取りまたは書き込みを実行するための論理およびリソースを備えるシステム、被加工物上を円弧状に掃引する少なくとも一つの光学アームを用いて、被加工物の読み取りまたは書き込みを行なうためにコンピュータ支援制御を利用するシステム、被加工物上を円弧状に掃引する少なくとも一つの光学アームを用いて、被加工物の読み取りまたは書き込みを実行するための論理を記憶した媒体、被加工物上を円弧状に掃引する少なくとも一つの光学アームを用いて、被加工物の読み取りまたは書き込みを実行するための論理を記憶したデータ流、または、被加工物上を円弧状に掃引する少なくとも一つの光学アームを用いて、被加工物のコンピュータ支援式の読み取りまたは書き込みを実行するコンピュータ・アクセス可能サービスにより具現化され得る。当業者であれば、本発明の変形や組み合わせが容易に想到されるが、それらの変形や組み合わせは、本発明の精神及び特許請求の権利範囲を逸脱しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６ａ−１６ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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